Одним из подходов, позволяющих увеличить КПД солнечных батарей, является придание им искривленной формы, которая помогает собрать больше солнечных лучей. Пока не очень эффективные, но при этом полностью самостоятельно меняющие форму миниатюрные кремниевые ячейки научились делать исследователи под руководством Ральфа Нуццо из университета Иллинойса.
Чтобы повысить КПД солнечных батарей, многие фирмы создают сложные системы слежения за солнцем, разворачивающие комплексы к светилу, специальные оптические концентраторы и много чего еще. Ученые из Иллинойса предлагают свое решение: миниатюрные сферические фотоэлектрические преобразователи, которые улавливают больше света, нежели их плоские собратья. Особое достижение химиков в том, что до них мало кому удавалось придать материалам солнечных батарей такую форму.
Для создания своего детища ученые использовали методы фотолитографии и самосборки. Все начинается с плоской тонкой пленки кремния высокого качества, нанесенной на подложку из SiO2. При помощи литографии ей придают определенную форму (для последующей сборки сферы – форму цветка) и кислотой «снимают» с основы.
Затем в центр цветка помещается капля воды. Когда она высыхает, капиллярные силы подтягивают лепестки вверх, и формируется шар. Чтобы сохранить его форму, сверху наносится стеклянное покрытие, которое «склеивает» лепестки.
Как нетрудно догадаться, управлять получающейся формой непросто. Американцы не хотели идти методом проб и ошибок и построили математическую модель, которая предсказывала поведение и механические свойства кремниевых пленок различных по форме и толщине. Подробнее о ней рассказывается в статье, опубликованной в открытом доступе в PNAS, сообщает «Мембрана».
Что же касается использования сфер в качестве солнечных батарей, то такая возможность появилась после того, как плёнки были покрыты проводящим соединением. После самосборки сферы к ней также были прикреплены электрические контакты. (Позже похожая технология была использована для создания цилиндрических микробатарей.)
Пока миниатюрные устройства преобразуют в энергию лишь 1% падающего света. Это мало для солнечной батареи в целом, но много если пересчитывать в стоимость исходных материалов (то есть то же количество кремния в обычных батареях даст меньший КПД).
В будущем, если удастся повысить эффективность ячеек до приемлемых значений (например, используя антиотражающее или рельефное нанопокрытие), из них можно будет собирать многомерные массивы, которые не будут уступать нынешним чемпионам по сбору световой энергии, но при этом окажутся дешевле.
Американские исследователи также отмечают, что их разработка может применяться не только для кремниевых пластин и создания новых форм солнечных батарей. Новый метод самосборки пригодится и в других областях техники.
Спасибі за Вашу активність, Ваше питання буде розглянуто модераторами найближчим часом
